Cu0.89Zn0.11O，一种对葡萄糖和抗氧化剂检测具有高灵敏度的新型过氧化物酶模拟纳米酶外文翻译资料

Cu0.89Zn0.11O，一种对葡萄糖和抗氧化剂检测具有高灵敏度的新型过氧化物酶模拟纳米酶

Anjani P. Nagvenkardagger; and Aharon Gedanken,

巴伊兰大学化学系和纳米技术与先进材料研究所, Ramat Gan 5290002,以色列

摘要：基于纳米材料的酶模拟物是一个新兴的研究领域

生产各种天然酶的替代品申请寻找最具成本效益的方法和其他方法

高效的无机纳米材料，如金属氧化物，不能

由原始的氧化铜获胜。然而，不像氧化铜，锌掺杂

本文报道了氧化铜(Zn-CuO)纳米颗粒

优越的过氧化物酶样酶活性。这就把氧化锌

能够参加一系列有目标的活动

在开发不同的酶的应用方面。过氧化物酶样

对各种显色剂的活性进行了检测和验证

底物存在于H2O2服从了迈克利斯minus;

Menten酶途径。增强的机制以对苯二甲酸为荧光探针和电子自旋共振证明了酶的活性。纳米酶，在进行葡萄糖检测测试时，显示出检测选择性的显著提高。检测限(LOD)也降低，达到0.27ppm的极限。到目前为止，没有任何表面修饰的金属氧化物没有如此低LOD的报道。利用纳米酶(Zn-CuO)检测了三种抗氧化剂单宁酸、酒石酸和抗坏血酸，并比较了其抗氧化能力的相对强度。

关键词：纳米酶，Zn-CuO，掺杂剂，过氧化物酶模拟物，葡萄糖检测，抗氧化剂，H2O2

■ 简介

由于潜力，纳米酶研究正在迅速发展模仿它们的活动。1-3 纳米酶预计克服了天然酶的缺点，因为它们

优越的催化效率。此外，与天然酶不同，相应地影响它们的特异性和催化活性。 4-6目前，研究高度集中在模拟过氧化物酶，在医学和工业中的实际应用。7-9 到以此类纳米酶为例，值得一提的是，陶等。将金纳米粒子 (NPs) 固定在双功能化酶和氧化酶活性。10 同样，Ju 等人。报道的 Pt NP封装在以胺为末端的聚多巴胺四表现出多种过氧化物酶活性。11 此外，Xia 等人。也被合成了。 13,14 然而，贵族的成本金属及其复杂的合成和毒性酶模拟物阻碍了它们的实际应用。所以，低成本金属氧化物纳米粒子已被制造和使用作为过氧化物酶的模拟物。 Gao 等人的第一次关于金属氧化物的模拟活动报告。2 在那之后，Fe3O4 NPs 进一步研究研究了它们作为过氧化物酶模拟物的应用分子。15,16 Tremel 和他的同事表明，V2O5战略，17 和赵等人。和贾等人。在 TiO2 上研究 CeO2模拟物。18,19 另外，铜是最便宜的贵金属无毒、含量丰富，是氧化铜的前体和金属基纳米材料，因此cine.20minus;22 然而，人们对CuO 的酶活性。举报后已经努力改进这项活动。23,24 最近，Huang和他的同事合成了适体功能化细胞检测.25类似于过氧化物酶底物的纳米酶的催化活性的突出应用之一是利用其用于检测重要生物分子的酶活性比如葡萄糖。葡萄糖水平的检测和调节生物系统正在成为一个潜在的关注领域。众所周知的葡萄糖检测技术。 26方法涉及通过过氧化物酶催化底物酶，利用原位产生的 H2O2 在GOx将葡萄糖氧化成葡萄糖酸。越高的过氧化物酶的效率越高，灵敏度越高的过程，导致在最低限度的减少葡萄糖检测（LOD）。因此，提高其过氧化物酶样活性势在必行。用于葡萄糖检测。27,28 未考虑 CuO 的原因用于传感的是其作为过氧化物酶模拟物的低效率，并且，因此，如上所述，它的高预期葡萄糖细节层次。在这里，我们制造了一种 Zn 掺杂的 CuO (Zn-CuO) NP，它表现出优于 CuO 的过氧化物酶样活性使其能够检测 LOD 低于任何水平的葡萄糖迄今为止研究的纯金属氧化物。除了相关报道功能化CuO，没有关于结构的研究通过掺杂修饰CuO，以提高其酶活性。纳米酶模拟的另一个潜在应用过氧化物酶用于检测抗氧化剂和研究它们的抗氧化能力。抗氧化剂是清除活性氧的还原剂(ROS)，或生物系统中产生的自由基。

它们在通过平衡保护身体方面发挥着至关重要的作用氧化应激。利用纳米过氧化物酶确定抗氧化行为已被证明是一种简单的方法area.29,30 在本文中，作为对用于测定抗氧化作用的纳米过氧化物酶，我们首次证明 Zn-CuO NPs 具有优越的过氧化物酶样活性可以有效地确定和评估天然抗氧化剂的抗氧化能力，例如抗坏血酸、酒石酸和单宁酸。介绍了一种简便且具有成本效益的 Zn-CuO (Cu0.89Zn0.11O) 合成方法，并探索了其作为一种新的有效过氧化物酶模拟物的应用。 CuO的Zn掺杂导致增强的催化性能优于未掺杂的CuO。过氧化物酶活性的增强通过协同作用导致葡萄糖的 LOD 降低。纳米酶还能够有效地分析抗氧化行为和能力。对制备的纳米材料的结构和形态特征、催化能力、反应动力学和机理进行了评估。

实验部分

化学品和材料。辣根过氧化物酶（HRP，VI 型，ge; 250 单位/mg），葡萄糖氧化酶（来自黑曲霉的 GOx，XS 型，100-250 单位/mg），D-葡萄糖，30% H2O2，乙酸铜一水合物（Cu(CH3COO) 2·H2O), 二水合醋酸锌 (Zn- (CH3COO)2·2H2O), 2,2-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid) (ABTS), 3,3,5, 5-四甲基联苯胺 (TMB)、5,5-二甲基-1-吡咯啉 N-氧化物 (DMPO)、二甲基亚砜 (DMSO)、邻苯二胺 (OPD)、抗坏血酸、酒石酸和单宁酸购自 Sigma ——以色列奥尔德里奇。人工尿液（货号 1700-0600）购自美国加利福尼亚州皮克林实验室。所有化学品均为分析级，无需进一步纯化即可使用。所有水溶液均用双蒸水制备。

对于 Zn-CuO NPs 在别处进行了描述。 20 简而言之，乙酸铜/乙酸锌保持在 3:1。将已知量的两种试剂溶解在 10 mL 去离子水中。向该溶液中加入 90 mL 乙醇，使体积为 100 mL，总浓度为 0.01 M。用高强度超声波 Ti-horn (20 kHz, 750W, 45 W/平方厘米）。照射 5 分钟后，在约 60 °C 下，将 0.1 mL 氢氧化铵水溶液（28-30%）注入反应池中，使 pH 值达到约 8。蓝色溶液逐渐变成黑褐色，表明形成了 Zn-CuO NPs。溶液在冰浴中冷却以保持反应池中的温度为 25 °C。反应持续30分钟，形成产物。Zn-CuO的过氧化物酶样催化活性。通过在 H2O2 存在下催化氧化过氧化物酶底物 TMB 来研究 Zn-CuO 的类过氧化物酶活性。通过监测 TMB 在 370 和 652 nm 处的吸光度变化来进行测量。在典型实验中，将 100 mu;g mL-1 Zn-CuO NPs 混合在 Eppendorf 管中的 750 mu;L 乙酸钠缓冲溶液（pH = 4.65）中，然后加入 100 mu;L TMB 溶液（10 mM，DMSO溶液）和 100 mu;L H2O2 (0.2 M)。所有反应均在室温下进行除非另有说明，否则上述条件。动力学

通过记录吸收光谱来研究测量值选定的时间间隔。 Michaelis minus;Menten 常数为使用 Lineweaver-Burk 图计算。通过 Zn-CuO 检测葡萄糖。葡萄糖检测如下进行：(i) 100 mu;L GOx 和 200 mu;L 不同浓度的 D-葡萄糖在 300 mu;L 磷酸盐缓冲液 (PBS) 溶液（10 mM，pH = 7）中于 37 °C 下孵育20 分钟。 (ii) 通过混合 50 mu;L (500 mu;g/mL) Zn-CuO、750 mu;L 乙酸盐缓冲液 (pH = 4.65) 和 100 mu;L TMB (10 mM) 制备溶液。将两种溶液 (i) 和 (ii) 依次混合，最后将所得溶液在 25°C 下孵育 10 分钟。测量吸光度以绘制标准曲线。为了检测人工尿液中的葡萄糖量，将已知量的葡萄糖（0.3 mM）添加到不含葡萄糖的人工尿液样本中。抗氧化剂对 Zn-CuO 纳米颗粒清除效果的测定。使用 1 毫升溶液，其中含有 50 mu;L (500 mu;g/mL) Zn-CuO、750 mu;L 醋酸盐缓冲液 (pH = 4.65)、100 mu;L TMB (10 mM) 和 100 mu;L H2O2 (0.2 M)研究对羟基自由基的清除作用。向溶液中加入已知量的抗氧化剂（单宁酸、酒石酸或抗坏血酸），每 30 秒测量一次吸光度。使用随时间绘制吸光度的图表来评估三种抗氧化剂的活性、表征。使用 He-Ne 激光器 (632.817 nm) 用 JY 104 Horiba 分光光度计记录拉曼光谱。使用 Bruker D8 Advance X-107 射线衍射仪，使用 Cu Kalpha; (lambda; = 1.5418 Aring;) 作为光源，获得了 Zn-CuO 和 CuO 的 X 射线衍射 (XRD) 106 图案。使用 Omicron 95 纳米技术 XPS 系统进行 X 射线光电子能谱 (XPS) 分析，（X 射线源：Al Kalpha;，1486.6 eV）。在 Nano ZS Malvern Zeta sizer 仪器上进行动态光散射 (DLS) 测量。形态微观结构通过 JEM-1400、JEOL 透射电子显微镜 (TEM) 模型在 120 kV 下操作进行表征。通过将 Zn-CuO NPs 分散在异丙醇中，将一滴这种悬浮液放在镀铜网格上，并在真空中干燥网格来制备样品。进行电感耦合等离子体 (ICP) 测量以确定 Zn-CuO (Cu0.89Zn0.11O) 中的 Cu/Zn 比率。使用在 200 kV 加速电压下运行的 JEOL JEM-2100 模型获得高分辨率 (HR) TEM 图像。 HR 扫描电子显微镜 (SEM) 测量在 Magellan 400L HR-SEM (FEI, Hillsboro, OR, USA) 上进行。吸收研究和使用 CARY 103 bio-100 分光光度计进行反应动力学。 2-羟基对苯二甲酸的荧光测量由 Cary Eclipse 荧光计记录。 OHbull; 自由基的产生通过电子自旋共振(ESR) 测定，使用121 Bruker EPR 100d X 波段光谱仪，DMPO 作为自旋阱。 加入 80 mu;L 的 Zn-CuO (0.1 mg mLminus;1)、10 mu;L 的 DMPO (0.01 M) 和 10将mu;L H2O2 添加并通过注射器吸入透气的特氟龙毛细管中。 将毛细管折叠两次，插入两端开口的窄石英管中，然后放入 ESR 腔中。 通过用去离子水代替 H2O2 来测量空白。

结果和讨论

1. Cu0.89 Zn0.11O(Zn-CuO)纳米粒子的合成与表征。 通过简单的一步声化学合成获得了Zn掺杂的CuO NPs。 进行 XRD 测量以区分掺杂的纳米材料与其原始的 CuO 对应物，并将其与声化学合成的 CuO 进行比较。 在图 1 中，CuO XRD 图案

图 1. (A) (a) Zn-CuO 和 (b) 原始 CuO 的 XRD 图案。 (B) (a) Zn-CuO 和 (b) 原始 CuO 的拉曼光谱 (激发 lambda; = 632.8 nm)。

在 2theta; = 32.48、35.55、38.66、48.84、53.39、58.20 和 61.58。峰对应于（110），(minus; 111)、(111)、(minus;202)、(020)、(202) 和 (minus; 113) 反射单斜晶长岩平面与 JCPDS 粉末相匹配衍射文件编号 89-2529。图 1Ab 中的峰，说明 Zn-CuO 的 XRD 图案，显示出明显的偏移在 2theta; 角到 32.88、35.78、38.99、48.95、53.87、58.47 和与原始 CuO 相比为 61.91。变化可以解释由于 Zn2 结合到 CuO 晶格中代替 Cu2 离子。这种现象是造成成功合并。 31 向更高 2theta; 角度的转变Zn2 离子取代 Cu2 。32衍射图案的宽度确定了减少的粒子纳米材料的尺寸以及缺陷的存在和Zn2 离子的插入引起的位错。无其他杂质在 XRD 图中检测到峰，表明良好Zn-CuO NPs 的结晶度。拉曼光谱也与 CuO 相比，Zn-CuO 的峰显示出轻微的变化（图1）。 Zn-CuO 与 CuO 的能带强度比的降低表明掺杂材料中纯CuO的组成。 XPS 分析进一步证实了 Zn 掺杂的 CuO 的形成。 XPS 光谱如图 2 所示。对应于 Cu(2p3/2) 和 Cu(2p1/2) 的峰分别位于结合能 932.2 和 961.2 eV 处（图 2b）。光谱中卫星峰的存在表明 Cu 在样品中以 Cu2 的形式存在。这些峰值大于纯 CuO 观察到的峰值（支持信息图 S1a），即 931.7 和 960.8 eV。这种转变归因于由于 Zn2 离子掺入到 CuO 晶格中导致的 Cu2 周围的变化。 Zn(2p1/2) 的自旋轨道峰出现在 1020.3 eV 的结合能处（图 2c），这也从纯 ZnO 峰（1019.8 eV；见图 S1b）偏移。 530.03 eV 处的峰值归属于晶格氧 O 1s 状态。这些结果描述了 Cu 2p 和 Zn 2p 水平的改变环境，证明了 Zn-CuO 的形成。进行ICP测量以确定固体中Cu/Zn的比率。观察到 8:1 的 Cu/Zn 比，表明 Cu0.89Zn0.11O 的标称组成形成单相结构。DLS 测量表明平均粒径约为 180 nm（图 S2）。 TEM 图像显示了 5-10 nm 长的 Zn-CuO 纳米晶体的聚集形态（图 3a、b 和 S3）。纯 CuO 的比较 TEM 图像也显示在图 3c 中。聚集晶体的粗糙表面导致整个纳米材料的表面积增加，这通过促进底物分子吸附到表面上而在增强酶活性方面发挥重要作用。

1. 评价Zn-CuO的过氧化物酶模拟活性。为了验证 Zn-CuO 的类过氧化物酶活性，以 TMB、ABTS 和 OPD 作为过氧化物酶底物，通过测量它们的吸光度进行比色实验。如图 4 所示，在 H2O2 存在下，所有三种底物在与 Zn-CuO NP 反应时都显示出颜色变化。

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